(57)【要約】  燃料電池システム１０は、燃料電池に空気を供給する空気供給流路２１０と、空気供給流路に設けられたリード弁２１４と、燃料電池から排出された空気が流れる空気排出流路２２０と、空気排出流路に設けられ、燃料電池に供給される空気の背圧を調整する調圧弁２２２と、リード弁よりも上流側の空気供給流路と空気排出流路とを接続するバイパス流路２３０と、バイパス流路に設けられ、該バイパス流路の開閉を行うバイパス弁２３２と、を備える。燃料電池システム１０は、バイパス弁を閉弁させた状態で、燃料電池に空気を供給しながら調圧弁を絞ることで調圧弁よりも上流側の空気の圧力を高め、その後、バイパス弁を開くことで、リード弁付近の空気の流れを逆流させてリード弁を閉弁させる。
2011104762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池に空気を供給する空気供給流路と、
前記空気供給流路に設けられ、前記燃料電池に向かって空気が流れる場合に開くリード弁と、
前記燃料電池から排出された空気が流れる空気排出流路と、
前記空気排出流路に設けられ、前記燃料電池に供給される空気の背圧を調整する調圧弁と、
前記リード弁よりも上流側の前記空気供給流路と、前記空気排出流路と、を接続するバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられ、該バイパス流路の開閉を行うバイパス弁と、
前記燃料電池システムの停止時において、
前記バイパス弁を閉弁させた状態で、前記空気供給流路を通じて前記燃料電池に空気を供給しながら前記調圧弁を絞ることで該調圧弁よりも上流側の空気の圧力を高める昇圧処理と、
前記昇圧処理後に、前記バイパス弁を開くことで、前記リード弁付近の空気の流れを逆流させて前記リード弁を閉弁させる閉弁処理と、を実行する制御部と、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
更に、前記燃料電池に供給する水素の圧力を調整する水素圧力調整部を備え、
前記制御部は、前記昇圧処理時における前記空気の圧力の上昇に合わせて、前記水素圧力調整部を制御して、前記燃料電池に供給する水素の圧力を高める、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記昇圧処理時において前記燃料電池に供給する空気の流量を、前記燃料電池システムの動作中に供給する流量よりも低減する、燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記空気供給流路と前記バイパス流路との分岐部において、前記バイパス流路の流路断面積が、前記空気供給流路の流路断面積よりも大きい、燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記空気供給流路と前記バイパス流路との分岐部が、前記リード弁に近接している、燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記バイパス流路の入口と前記リード弁の入口とが、略対向している、燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記リード弁と前記燃料電池との間に、前記空気供給流路よりも流路断面積が大きいバッファタンクが設けられている、燃料電池システム。
【請求項８】
燃料電池システムであって、
燃料電池と、
空気を加圧するエアコンプレッサと、
前記エアコンプレッサから前記燃料電池に空気を供給する空気供給流路と、
前記空気供給流路に設けられ、前記燃料電池に向かって空気が流れる場合に開くリード弁と、
前記燃料電池から排出された空気が流れる空気排出流路と、
前記空気排出流路に設けられ、前記燃料電池に供給される空気の背圧を調整する調圧弁と、
前記燃料電池システムの停止時において、
前記バイパス弁を閉弁させた状態で、前記空気供給流路を通じて前記燃料電池に空気を供給しながら前記調圧弁を絞ることで該調圧弁よりも上流側の空気の圧力を高める昇圧処理と、
前記昇圧処理後、前記調圧弁を閉弁し、前記エアコンプレッサを停止させることで前記リード弁を閉弁させる閉弁処理と、を実行する制御部と、
を備える燃料電池システム。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記閉弁処理において、前記エアコンプレッサの回転数または該エアコンプレッサによる空気の供給量が所定値以下になった場合に、前記調圧弁を閉弁する、燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に空気を供給する流路中に設けられるバルブの制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、システムの停止中に、燃料電池のカソード側に空気が流入すると、触媒が酸化して劣化する可能性があるという問題があった。このような問題に関して、例えば、特許文献１に記載の技術では、システムの停止時に、空気入口遮断弁と空気出口遮断弁とを閉じることで、システムの停止中における燃料電池内への空気の流入を抑制している。【０００３】
このような燃料電池システムにおいて、システムの停止時に空気入口遮断弁と空気出口遮断弁とを閉じると、その後、燃料電池内に残留した酸素と水素との反応によって、カソード側の圧力が低下し、負圧になることがある。そのため、空気を遮断するための遮断弁としては、システムの停止中のカソード側の圧力状態が正圧であるか負圧であるかにかかわらず、閉状態を維持可能な弁を用いる必要がある。そのため、特許文献１では、遮断弁として、ダイヤフラムや複数の流出入口を有する比較的複雑な構造の弁を採用している。ところが、こうした複雑な構造の遮断弁は、燃料電池システムの小型化や低コスト化を妨げる要因となる場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４３７６２号公報
【特許文献２】特開２００８−１０１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような問題を考慮し、本発明が解決しようとする課題は、燃料電池システムの停止中における燃料電池内への空気の流入を、低コストな弁を用いて抑制可能な技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。【０００７】
［適用例１］燃料電池システムであって、燃料電池と、前記燃料電池に空気を供給する空気供給流路と、前記空気供給流路に設けられ、前記燃料電池に向かって空気が流れる場合に開くリード弁と、前記燃料電池から排出された空気が流れる空気排出流路と、前記空気排出流路に設けられ、前記燃料電池に供給される空気の背圧を調整する調圧弁と、前記リード弁よりも上流側の前記空気供給流路と、前記空気排出流路と、を接続するバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられ、該バイパス流路の開閉を行うバイパス弁と、前記燃料電池システムの停止時において、前記バイパス弁を閉弁させた状態で、前記空気供給流路を通じて前記燃料電池に空気を供給しながら前記調圧弁を絞ることで該調圧弁よりも上流側の空気の圧力を高める昇圧処理と、前記昇圧処理後に、前記バイパス弁を開くことで、前記リード弁付近の空気の流れを逆流させて前記リード弁を閉弁させる閉弁処理と、を実行する制御部と、を備える燃料電池システム。【０００８】
このような構成の燃料電池システムでは、燃料電池システムの停止時に、バイパス弁を閉弁させた状態で、燃料電池に空気を供給しながら調圧弁を絞ることで、この調圧弁よりも上流側の空気の圧力を高める。そして、その後、バイパス弁を開いてリード弁周囲の空気の流れを逆流させるので、リード弁を確実に閉弁させることが可能になる。そのため、燃料電池システムの停止中における燃料電池内への空気の流入を、低コストなリード弁を採用しつつ抑制することが可能になる。【０００９】
［適用例２］適用例１に記載の燃料電池システムであって、更に、前記燃料電池に供給する水素の圧力を調整する水素圧力調整部を備え、前記制御部は、前記昇圧処理時における前記空気の圧力の上昇に合わせて、前記水素圧力調整部を制御して、前記燃料電池に供給する水素の圧力を高める燃料電池システム。このような構成であれば、燃料電池内の極間差圧を低減することができるので、電解質膜やその周辺の部材に加わる物理的負荷を軽減することが可能になる。【００１０】
［適用例３］適用例１または適用例２に記載の燃料電池システムであって、前記制御部は、前記昇圧処理時において前記燃料電池に供給する空気の流量を、前記燃料電池システムの動作中に供給する流量よりも低減する燃料電池システム。このような構成であれば、昇圧処理時において、燃料電池内の空気の圧力が急激に上昇することを抑制することが可能になる。【００１１】
［適用例４］適用例１ないし適用例３のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、前記空気供給流路と前記バイパス流路との分岐部において、前記バイパス流路の流路断面積が、前記空気供給流路の流路断面積よりも大きい、燃料電池システム。このような構成であれば、バイパス弁を開弁させたときに、燃料電池側からバイパス流路に向けて空気が流れやすくなる。そのため、リード弁をより確実に閉弁させることが可能になる。【００１２】
［適用例５］適用例１ないし適用例４のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、前記空気供給流路と前記バイパス流路との分岐部が、前記リード弁に近接している、燃料電池システム。このような構成によっても、バイパス弁を開弁させたときに、燃料電池側からバイパス流路に向けて空気が流れやすくなる。そのため、リード弁をより確実に閉弁させることが可能になる。【００１３】
［適用例６］適用例１ないし適用例５のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、前記バイパス流路の入口と前記リード弁の入口とが、略対向している燃料電池システム。このような構成によっても、バイパス弁を開弁させたときに、燃料電池側からバイパス流路に向けて空気が流れやすくなる。そのため、リード弁をより確実に閉弁させることが可能になる。【００１４】
［適用例７］適用例１ないし適用例６のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、前記リード弁と前記燃料電池との間に、前記空気供給流路よりも流路断面積が大きいバッファタンクが設けられている燃料電池システム。このような構成であれば、バイパス弁を開弁させたときに、燃料電池側の圧力が下がりにくくなる。そのため、リード弁をより確実に閉弁させることが可能になる。【００１５】
［適用例８］燃料電池システムであって、燃料電池と、空気を加圧するエアコンプレッサと、前記エアコンプレッサから前記燃料電池に空気を供給する空気供給流路と、前記空気供給流路に設けられ、前記燃料電池に向かって空気が流れる場合に開くリード弁と、前記燃料電池から排出された空気が流れる空気排出流路と、前記空気排出流路に設けられ、前記燃料電池に供給される空気の背圧を調整する調圧弁と、前記燃料電池システムの停止時において、前記バイパス弁を閉弁させた状態で、前記空気供給流路を通じて前記燃料電池に空気を供給しながら前記調圧弁を絞ることで該調圧弁よりも上流側の空気の圧力を高める昇圧処理と、前記昇圧処理後、前記調圧弁を閉弁し、前記エアコンプレッサを停止させることで前記リード弁を閉弁させる閉弁処理と、を実行する制御部と、を備える燃料電池システム。【００１６】
このような構成の燃料電池システムでは、燃料電池システムの停止時に、燃料電池に空気を供給しながら調圧弁を絞ることで、この調圧弁よりも上流側の空気の圧力を高める。そして、その後、調圧弁を閉弁し、エアコンプレッサを停止させることで、リード弁周囲の空気の流れを逆流させる。そのため、上記構成によっても、燃料電池システムの停止中における燃料電池内への空気の流入を、低コストなリード弁を採用しつつ抑制することが可能になる。【００１７】
［適用例９］適用例８に記載の燃料電池システムであって、前記制御部は、前記閉弁処理において、前記エアコンプレッサの回転数または該エアコンプレッサによる空気の供給量が所定値以下になった場合に、前記調圧弁を閉弁する、燃料電池システム。このような構成によれば、昇圧処理時において、燃料電池内の空気の圧力が急激に上昇することを抑制することが可能になる。【００１８】
本発明は、上述した燃料電池システムとしての構成のほか、例えば、燃料電池システムの制御方法や、制御プログラム、燃料電池システムを備えた車両などとしても構成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施例としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
【図２】リード弁の周辺の概略構成を示す説明図である。
【図３】空気遮断処理のフローチャートである。
【図４】空気遮断処理における各部の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図５】第２実施例としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
【図６】第２実施例において実行される空気遮断処理のフローチャートである。
【図７】燃料電池システムの変形例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。本実施例の燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１００と、燃料電池スタック１００に酸化ガスとしての空気を供給する空気供給系２００と、燃料電池スタック１００に燃料ガスとしての水素を供給する水素供給系３００と、燃料電池システム１０の運転制御を行う制御ユニット４００とを備えている。本実施例の燃料電池システム１０は、例えば、電動モータで駆動する車両等の移動体に電源として搭載される。
【００２１】
燃料電池スタック１００は、固体高分子型の燃料電池として構成された単セルを複数積層したスタック構造を有している。各単セルは、電解質膜を挟んで白金触媒等を含む水素極（以下、アノードと呼ぶ）と酸素極（以下、カソードと呼ぶ）とが配置された構成をとっている。各々の単セルのアノードに水素を供給し、カソードに酸素を含有する空気を供給することで電気化学反応が進行し、起電力が生じる。なお、燃料電池の形式は、固体高分子型に限らず、リン酸型燃料電池など種々の形式とすることができる。
【００２２】
空気供給系２００は、燃料電池システム１０の外部から導入した空気を燃料電池スタック１００のカソードに供給する空気供給流路２１０と、燃料電池スタック１００から排出された空気（カソードオフガス）を外部に排出する空気排出流路２２０とを備えている。
【００２３】
空気供給流路２１０中には、外部から導入した空気を加圧するエアコンプレッサ２１２と、リード弁２１４と、が備えられている。エアコンプレッサ２１２によって加圧された空気は、リード弁２１４を通り、燃料電池スタック１００に供給される。リード弁２１４は、エアコンプレッサ２１２から燃料電池スタック１００への空気の流れに応じて開き、逆の流れに対しては閉じるように構成されている。空気供給流路２１０中の、エアコンプレッサ２１２の上流には、燃料電池スタック１００に供給する空気の流量を測定するエアフローメータ２１６が備えられている
【００２４】
空気排出流路２２０中には、燃料電池スタック１００に供給される空気の背圧を調整するための調圧弁２２２が備えられている。また、調圧弁２２２の上流側には、空気の圧力を測定するための空気圧力センサ２２４が備えられている。空気排出流路２２０の調圧弁２２２よりも下流側と、空気供給流路２１０中のエアコンプレッサ２１２とリード弁２１４との間とは、バイパス流路２３０によって接続されている。バイパス流路２３０中には、空気供給流路２１０から空気排出流路２２０に向けてバイパス流路２３０中を流れる空気を遮断するためのバイパス弁２３２が備えられている。
【００２５】
水素供給系３００は、水素タンク等から水素の供給を受けてこれを燃料電池スタック１００に流す水素供給流路３１０と、燃料電池スタック１００から排出された水素（アノードオフガス）を外部に排出する水素排出流路３２０とを備えている。
【００２６】
水素供給流路３１０中には、燃料電池システム１０に供給する水素の圧力を調整する圧力調整器としてインジェクタ３１２が設けられている。このインジェクタ３１２の下流側には、インジェクタ３１２によって調整された水素の圧力を測定する水素圧力センサ３１４が備えられている。
【００２７】
水素排出流路３２０には、外部にアノードオフガスを排出するためのパージ弁３２２が備えられている。水素排出流路３２０のパージ弁３２２の上流側と、水素供給流路３１０のインジェクタ３１２よりも下流側とは、循環流路３３０によって接続されている。循環流路３３０中には、水素排出流路３２０から水素供給流路３１０にアノードオフガスを循環させるための循環ポンプ３３２が設けられている。
【００２８】
燃料電池システム１０の運転中には、パージ弁３２２は、通常、閉弁されている。そのため、燃料電池システム１０から排出された残留水素を含むアノードオフガスは、水素排出流路３２０および循環流路３３０を通り、循環ポンプ３３２によって加圧されて、再び水素供給流路３１０に導かれ、燃料電池スタック１００に供給される。燃料電池システム１０の運転中には、燃料電池スタック１００内のカソード側からアノード側に、窒素や水蒸気等の不純物が透過する。そこで、制御ユニット４００は、パージ弁３２２を所定のタイミングで開弁し、不純物をアノードオフガスとともに適宜外部に排出する。
【００２９】
制御ユニット４００は、燃料電池システム１０の運転制御を行うための装置であり、上述した各種センサ（エアフローメータ２１６、空気圧力センサ２２４、水素圧力センサ３１４）や各種アクチュエータ（エアコンプレッサ２１２、調圧弁２２２、バイパス弁２３２、インジェクタ３１２、循環ポンプ３３２、パージ弁３２２）が接続されている。制御ユニット４００は、ＣＰＵやメモリ等から構成されており、ＣＰＵは、メモリに記憶された所定の制御プログラムに基づいて、燃料電池システム１０の停止時に、後述する空気遮断処理を実行する。
【００３０】
図２は、リード弁２１４の周辺の概略構成を示す説明図である。図２に示すように、リード弁２１４は、固定された一端部を支点として内外の圧力差に応じて他端側がたわむ板状の弁体２１５を備えており、エアコンプレッサ２１２から燃料電池システム１０に向かう空気の流れに対しては、その空気の圧力によって自ら開弁し、逆方向（燃料電池スタック１００からエアコンプレッサ２１２への方向）の空気の流れに対しては、逆流する空気の圧力に応じて自ら閉弁する構造を有している。空気供給流路２１０は、リード弁２１４の固定端を外側としたときに、リード弁２１４の固定端を境にして、内側に斜め４５°以内の角度に折れ曲がるように形成されている。このように空気供給流路２１０を折り曲げれば、リード弁２１４を介して空気が流れる際に、圧力損失が拡大することを抑制することが可能になる。
【００３１】
また、本実施例では、空気供給流路２１０とバイパス流路２３０の分岐部２１７は、リード弁２１４に近接して配置されており、更に、リード弁２１４の入口とバイパス流路２３０の入口とは、これらの入口面のなす角が４５°以内の角度で対向するように配置されている。また、バイパス流路２３０の口径Ｄ１は、リード弁２１４の入口部分の空気供給流路２１０の口径Ｄ２よりも大きく形成されており、更に、分岐部２１７からバイパス弁２３２までの距離Ｌ１は、分岐部２１７からリード弁２１４までの距離Ｌ２よりも長く形成されている。つまり、本実施例では、分岐部２１７からバイパス弁２３２までの流路内の容積が、分岐部２１７からリード弁２１４までの容積よりも大きくなるように形成されている。口径Ｄ１、口径Ｄ２、距離Ｌ１、距離Ｌ２は、それぞれ、例えば、５８ｍｍ、４５ｍｍ、７０ｍｍ、２８ｍｍ、とすることができる。
【００３２】
図３は、燃料電池システム１０の停止時に制御ユニット４００によって実行される空気遮断処理のフローチャートである。以下、この処理を、図４に示すタイミングチャートを交えながら説明する。なお、この空気遮断処理の開始時には、バイパス弁２３２は閉弁されていることとする。
【００３３】
イグニションスイッチ等の操作に応じて、燃料電池システム１０に対して停止指示がなされると、図４（ａ）のタイミングｔ０に示すように、制御ユニット４００は、まず、エアフローメータ２１６によって空気の流量Ｑを監視しながらエアコンプレッサ２１２を制御して、燃料電池システム１０に供給する空気の流量Ｑを低減し、最低流量付近とする（ステップＳ１０）。そして、更に、制御ユニット４００は、調圧弁２２２の開度を絞る（ステップＳ１２）。この時、制御ユニット４００は、調圧弁２２２の開度を、調圧弁２２２から流出する空気の流量が、ステップＳ１０によって設定された流量Ｑよりも小さくなるように設定する。このように、空気の流量Ｑを低減させて調圧弁２２２の開度を絞ると、図４（ｃ）に示すように、空気の圧力Ｐ１は、タイミングｔ０以降、徐々に高まることになる。
【００３４】
続いて、制御ユニット４００は、図４（ｄ）に示すように、空気の圧力Ｐ１を空気圧力センサ２２４によって監視しながら、その圧力Ｐ１の上昇に合わせて、インジェクタ３１２を制御し、水素供給系３００内の水素の圧力Ｐ２を高める（ステップＳ１４）。このように、空気の圧力Ｐ１の上昇に合わせて水素供給系３００内の水素の圧力Ｐ２を高めれば、燃料電池スタック１００内における極間差圧を低減できるので、電解質膜等に物理的な負荷が掛かることを抑制することができる。なお、図４（ｃ）に示すように、タイミングｔ０以降、空気の圧力Ｐ１が一時的に低下しているのは、ステップＳ１０において空気の流量Ｑを低減させたことにより、空気供給系２００内の圧力が一時的に低下するためである。また、図４（ｄ）に示すように、空気の圧力Ｐ１と同様に水素の圧力Ｐ２も低下するのは、空気の圧力Ｐ１の変動に同期するように、制御ユニット４００が水素の圧力Ｐ２を調整するからである。
【００３５】
以上のようにして、空気の圧力Ｐ１を徐々に上昇させると、制御ユニット４００は、上昇させた空気の圧力Ｐ１が所定の閾値Ｐｔｈを超えたか否かを判断する（ステップＳ１６）。制御ユニット４００は、圧力Ｐ１が閾値Ｐｔｈを超えていない場合には、圧力Ｐ１が閾値Ｐｔｈを超えるまで待機し、圧力Ｐ１が閾値Ｐｔｈを超えた場合には、図４（ｂ）のタイミングｔ１に示すように、調圧弁２２２を閉弁させ（ステップＳ１８）、その直後、図４（ｅ）のタイミングｔ２に示すように、バイパス弁２３２を全開させる（ステップＳ２０）。こうすることで、調圧弁２２２よりも上流側の空気が、バイパス流路２３０に流れ込むため、この空気の逆方向の流れによって、リード弁２１４が閉弁する（ステップＳ２２）。リード弁２１４が閉弁すると、空気供給系２００内の空気の圧力Ｐ１は低下するため、その低下量に応じて、制御ユニット４００は、水素の圧力Ｐ２も低下させる。なお、ステップＳ１６において空気の圧力Ｐ１と対比する閾値Ｐｔｈは、リード弁２１４が完全に閉弁することが可能な空気の圧力を実験的に予め求めておくことで定めることができる。
【００３６】
リード弁２１４を閉弁させると、制御ユニット４００は、最後に、図４（ａ）のタイミングｔ４に示すようにエアコンプレッサ２１２を停止させて（ステップＳ２４）、処理を終了する。また、この時、制御ユニット４００は、水素供給系３００側のインジェクタ３１２やパージ弁３２２も閉弁させる。
【００３７】
以上で説明した本実施例の燃料電池システム１０によれば、燃料電池システム１０の停止後に、リード弁２１４と調圧弁２２２とを閉弁させることで、燃料電池スタック１００内に空気が流入することを抑制することができる。そのため、燃料電池システム１０の停止中に触媒が酸化して劣化してしまうこと抑制することができる。更に、本実施例では、上述した空気遮断処理を実行することによって、燃料電池システム１０の停止時における燃料電池スタック１００のカソード側の圧力を正圧にすることができるので、単純な構造のリード弁２１４を用いて空気の流入を遮断することができる。そのため、燃料電池システム１０の小型化や低コスト化を図ることが可能になる。
【００３８】
また、本実施例では、燃料電池システム１０の停止後に、燃料電池スタック１００内のカソード側の空気の圧力だけではなく、アノード側の水素の圧力も高めるので、燃料電池スタック１００内に極間差圧が生じることを抑制することができる。そのため、燃料電池システム１０の停止中に、燃料電池スタック１００内の電解質膜等に物理的な負荷がかかることを抑制することができる。また、このように、アノード側の水素の圧力を高めれば、燃料電池システム１０の停止中に、アノード側からカソード側へ水素が透過することによって、カソード側で酸素と水素が反応し、カソード側に残存する酸素を消費することができる。そのため、触媒が酸化されることをより効果的に抑制することが可能になる。
【００３９】
更に、本実施例では、リード弁２１４を閉弁させる際に、調圧弁２２２の開度を絞り、空気の流量Ｑを低減させることで、燃料電池スタック１００内の空気の圧力を徐々に上昇させることとした。そのため、空気の圧力の急激な上昇が抑えられるため、電解質膜やリード弁２１４への物理的な負担を抑制することが可能になる。また、このように、燃料電池スタック１００内の空気の圧力を徐々に上昇させれば、アノード側の水素の圧力調整が容易になるため、極間差圧が大きくなることをより効果的に抑制することが可能になる。
【００４０】
また、本実施例では、空気供給流路２１０中のリード弁２１４の入口と、バイパス流路２３０の入口とを略対向させつつ近接して配置し、また、バイパス流路２３０の入口の口径Ｄ１をリード弁２１４の上流側の空気供給流路２１０の口径Ｄ２よりも大きく形成した。更に、空気供給流路２１０とバイパス流路２３０の分岐部２１７からバイパス弁２３２までの距離Ｌ１を、この分岐部２１７からリード弁２１４までの距離Ｌ２よりも長く形成することで、分岐部２１７からバイパス弁２３２までの流路内の容積が、分岐部２１７からリード弁２１４までの容積よりも大きくなるように形成した。これらの構成によれば、本実施例では、バイパス弁２３２を開弁させたときに、燃料電池スタック１００側からバイパス流路２３０側に向けて空気が流れやすくなる。そのため、バイパス弁２３２を開弁させた際に、リード弁２１４をより確実に閉弁させることが可能になる。
【００４１】
Ｂ．第２実施例：
図５は、本発明の第２実施例としての燃料電池システム１０ｂの概略構成を示す説明図である。この図５において、図１に示した第１実施例の燃料電池システム１０と同じ構成要素には同じ符号を付している。図５に示すように、本実施例の燃料電池システム１０ｂは、図１に示した燃料電池システム１０から、バイパス流路２３０とバイパス弁２３２とを省いた構成になっている。
【００４２】
図６は、第２実施例において制御ユニット４００が実行する空気遮断処理のフローチャートである。図６に示すように、本実施例において実行される処理は、図３に示した第１実施例における空気遮断処理と、ステップＳ１８以降の処理が異なる。すなわち、第１実施例では、空気の圧力Ｐ１を閾値Ｐｔｈまで上昇させた後に、調圧弁２２２を閉じ、バイパス弁２３２を開くことで、リード弁２１４を閉弁させた。これに対して、本実施例では、空気の圧力Ｐ１を閾値Ｐｔｈまで上昇させた後に、調圧弁２２２を閉じ（ステップＳ１８）、エアコンプレッサ２１２を停止させることで（ステップＳ２０ｂ）、リード弁２１４を閉弁させる（ステップＳ２２ｂ）。こうすることによっても、調圧弁２２２の上流側で圧力の高められた空気が、エアコンプレッサ２１２の停止後に、エアコンプレッサ２１２側に逆流しようとして、リード弁２１４を閉弁させることができる。
【００４３】
なお、本実施例において、調圧弁２２２を閉弁するタイミングは、エアコンプレッサ２１２に停止指示をした後、実際にエアコンプレッサ２１２の回転数あるいはエアコンプレッサ２１２によって供給される空気の流量Ｑが、所定値以下となった後としてもよい。こうすることで、調圧弁２２２の閉弁後に空気供給系内の空気の圧力Ｐ１が必要以上に高まることを抑制することが可能になる。なお、前述した所定値は、例えば、エアコンプレッサ２１２に停止指示を与えてから調圧弁２２２を閉弁させた場合に、リード弁２１４よりも下流側の圧力が、リード弁２１４を閉弁させることが可能な圧力状態になる回転数や空気の流量Ｑを予め実験して求めることで定めることができる。
【００４４】
以上、本発明のいくつかの実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができる。
【００４５】
例えば、図７に示すように、空気供給流路２１０中のリード弁２１４よりも下流側に、空気供給流路２１０の流路断面積よりも大きな流路断面積を有するバッファタンク２１８を設け、このバッファタンク２１８を通じて空気を燃料電池スタック１００に供給することとしてもよい。このようなバッファタンク２１８を設ければ、上述した第１実施例や第２実施例の空気遮断処理においてバイパス弁２３２を全開させたり（図３のステップＳ２０）、エアコンプレッサ２１２を停止させたりしても（図６のステップＳ２０ｂ）リード弁２１４よりも下流側（燃料電池スタック１００側）の圧力が下がりにくくなる。そのため、リード弁２１４をより確実に閉弁させることが可能になる。
【００４６】
また、図７に示すように、空気排出流路２２０中には、調圧弁２２２とバイパス流路２３０との間に、遮断弁２２６を設けることとしてもよい。こうすることで、例えば、調圧弁２２２を主に調圧の用途に用い、遮断弁２２６を、空気排出流路２２０の開閉の用途に用いることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０，１０ｂ…燃料電池システム
１００…燃料電池スタック
２００…空気供給系
２１０…空気供給流路
２１２…エアコンプレッサ
２１４…リード弁
２１５…弁体
２１６…エアフローメータ
２１７…分岐部
２１８…バッファタンク
２２０…空気排出流路
２２２…調圧弁
２２４…空気圧力センサ
２２６…遮断弁
２３０…バイパス流路
２３２…バイパス弁
３００…水素供給系
３１０…水素供給流路
３１２…インジェクタ
３１４…水素圧力センサ
３２０…水素排出流路
３２２…パージ弁
３３０…循環流路
３３２…循環ポンプ
４００…制御ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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